DE2461207C3

DE2461207C3 - Thyristor

Info

Publication number: DE2461207C3
Application number: DE19742461207
Authority: DE
Inventors: Willi Prof. Dr. 1000 Berlin Gerlach; Dieter Dr. 6055 Hausen Silber
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1978-03-02
Also published as: DE2461207A1; DE2461207B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Thyristor mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, mit mindestens einer Steuerelektrode, sowie mit Stellen, an denen die Steuerbasiszone und die Emitterzone kurzgeschlossen sind (vgl. DT-OS 44 175).

Ein Thyristor mit vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps weist zwei äußere, metallisch kontaktierte Zonen auf, die als Emitterzonen des Thyristors bezeichnet werden. Die beiden mittleren Zonen werden als Basiszonen bezeichnet, wobei eine dieser beiden Zonen mit einem Steuerkontakt versehen ist und daher die sogenannte Steuerbasiszone darstellt

Ein Thyristor wird üblicherweise durch einen über den Steuerkontakt zugeführ'.en Zündstromimpuls in den leitenden Zustand übergeführt. Das Ausschalten erfolgt in der Regel durch sogenanntes Abkommutieren, wobei die Ladungsträger durch einen in entgegengesetzter Richtung fließenden Laststrom aus den mit Ladungsträgern überschwemmten Gebieten des Halbleiterkörpers abgesaugt werden. Dabei wird der PN-Übergang zwischen der Steuerbasiszone und der benachbarten Emitterzone in Sperrichtung belastet und dann kurzzeitig in den Durchbruch geraten, wodurch der Abschaltvorgang behindert wird. Das Ausschaltverhalten kann durch Emitterkurzschlüsse verbessert werden (DT-OS 19 44 175), wobei dann die Ladungsträger vorwiegend über diese Bereiche abgesaugt werden. In diesem Fall wird der Abschaltvorgang dann besonders effektiv sein, wenn der zwischen der äußeren Emitterzone und der Steuerbasiszone gebildete PN-Übergang nicht durchbricht
Andererseits soll ein zu starker lateraler Strom in der Steuerbasis vermieden werden, da dieser Strom zu einem lateralen Spannungsabfall führt, der die Gefahr eines Durchbruchs der in Frage stehenden Sperrschicht erhöht Zur Vermeidung des lateralen Spannungsabfalls werden die Emitterkurzschlußstellen dichter gewählt,

■ 5 was wiederum aus anderen Gründen ungünstig ist wie z. B. wegen einer Behinderung der Zündausbreitung (IEEE Transactions Electron on Devices, ED-17,1970, S. 672-680).

Schließlich ist aus der CH-PS 5 46 485 ein abschaltbarer Thyristor bekannt in den zur Erhöhung der Freiwerdezeit ein Hilfsthyristor integriert ist Zur Unterstützung des gewünschten Effekts ist die hochohmige η-Basiszone in eine niederohmige η-leitende und zwei diese umgebende eigenleitende Zonen aufgeteilt.

Neben dem komplizierten Aufbau tritt durch den Hilfsthyristor auch eine Verringerung der aktiven Stromführungsfläche auf. Der gleichen Literaturstelle ist auch zu entnehmen, daß die mittlere Lebensdauer durch Rekombinationszentren verringert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thyristor verfügbar zu machen, der ein einwandfreies und sicheres Abschalten mit geringem Aufwand ermöglicht, ohne daß andere Eigenschaften verschlechtert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen der Steuerbasiszone und der benachbarten äußeren Emitterzone eine Zwischenzone vorgesehen ist, die gegenüber den angrenzenden Bereichen schwach dotiert oder eigenleitend ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß im Bereich der Emitterkurzschlüsse die Trägerlebensdauer in den beiden Basiszonen durch zusätzliche Rekombinationszentren vermindert wird.
Die Erhöhung der Sperrspannung zwischen der Emitterzone und der Steuerbasiszone erklärt sich in bekannter Weise durch die günstigeren Sperreigenschaften einer P-S-N-Struktur bzw. P-I-N-Struktur gegenüber einem PN-Übergang mit relativ hoher Dotierung. Die Dicke und Dotierung der schwach dotierten oder eigenleitenden Zwischenzone wird zweckmäßig so gewählt, daß sich für die aus Emitter, Zwischenzone und Steuerbasis gebildete P-S-N- bzw. P-1-N-Struktur eine Sperrspannung oberhalb 20 V einstellt. Gleichzeitig ergibt sich auch eine Verbesserung der Störsicherheit, d. h. eine Sicherheit gegen das Zünden des Thyristors über die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit, indem die schwache Dotierung der Zwischenzone und deren Breite so gewählt werden, daß der Stromverstärkungsfaktor des Teiltransistors, der aus der Steuerbasiszone und den beiden benachbarten Zonen entgegengesetzten Leitungstyps gebildet wird, erst bei höheren Strömen ansteigt als bei der konventionellen Bauweise.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der

^ftS Erfindung befindet sich die Steuerelektrode direkt auf der Steuerbasiszone, so daß nur ein sehr kleiner Widerstand zwischen dem Elektrodenanschluß und der Steuerbasiszone liegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur, die einen Thyristor mit einer Mesastruktur zeigt, näher erläutert

Der Thyristor J^ gemäß der Figur besteht aus den beiden Emitterzonen 2,3 und den beiden Basiszonen 4, 5, wobei die Zone 5 als Steuerbasiszone mit dem Steuerkontakt 6 versehen ist. Die Emitterzonen 2 und 3 sind jeweils mit metallischen Kontakten 7 bzw. 8 versehen. Zwischen der Emitterzone 3 und der Basiszone 5 befindet sich gemäß der Erfindung eine "> Zwischenzüiie 9, die eigenleitend oder schwach dotiert ist. Im letzteren Fall kann die Zwischenzone vom Leitungstyp der Basiszone oder vom Leitungstyp der Emitterzone sein. Infolge der schwachen Dotierung bilden die Zonen 3, 5 und 9 eine P-S-N- bzw. eine P-I-N-Struktur mit relativ hoher Durchbruchsspannung. Infolge der hohen Durchbruchsspannung des zwischen der Emitterzone und der Basiszone bestehenden PN-Übergangs wird vermieden, daß aufgrund des beim Ausschalten durch Kommutierung auftretenden lateralen Spannungsabfalls diese Sperrschicht an irgendeiner Stelle in den Durchbruch geht Die Kurzschlüsse befinden sich zwischen der Emitterzone 3 und der Steuerbasiszone 5 an den Stellen mit dem Bezugszeichen 10. Wie bereits erwähnt können vorteilhaft Bereiche 11 unterhalb der Kurzschlußstellen 10 vorgesehen werden, in denen die beiden Basiszonen 4 und 5 eine erhöhte Rekombinationszentrendichte aufweisen.

Da bei Belastung in Durchlaßrichtung die nur schwach dotierte Zone 9 von Ladungsträgern überschwemmt wird und da die Ladungsträgerlebensdauer in schwach dotierten Zonen bei hoher Injektion relativ groß ist gegenüber der Trägerlebensdauer in den höher dotierten Bereichen, muß bei dem Thyristor gemäß der Figur auch keine Beeinträchtigung des Durchlaßverhaltens in Kauf genommen werden.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Thyristors gemäß der Figur besteht darin, daß die Steuerbasiszone durch Eindiffusion von Störstellen erzeugt und deren Dicke gegebenenfalls durch Materialabtragung zur gewünschten Dimensionierung des Einschaltstromes eingestellt wird. Auf die Steuerbasiszone wird anschließend die hochohmige Zwischenzone epitaktisch abgeschieden und in diese Zwischenschicht die eigentliche Emitterzone durch Diffusion oder Legierung eingebracht. Zum Anschluß der Steuerbasiszone und zur Herstellung der Emitterkurzschlüsse mittels eines Steuerkontaktes wird an der dafür vorgesehenen Stelle eine selektive Tiefenätzung mit nachfolgender Metallisierung durchgeführt. Die Herstellung des Thyristors bezüglich der anderen Parameter erfolgt in bekannter Weise.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thyristor mit mindestens vier Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps, mit mindestens einer Steuerelektrode, sowie mit Stellen, an denen die Steuerbasiszone und die Emitterzone kurzgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuerbasiszone (5) und der benachbarten äußeren Emitterzone (3) eine Zwischenzone (9) vorgesehen ist, die gegenüber den angrenzenden Bereichen (3,5) schwach dotiert oder eigenleitend ist

2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich (U) unterhalb der Kurzschlußstellen (10) die Konzentration der Rekombinationszentren in den Basiszonen (4,5) erhöht ist.

3. Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke und Dotierung der Zwischenzone (9) so gewählt ist, daß die Durchbruchsspannung der aus Emitterzone (3), Zwischenzone (9) und Steuerbasiszone (5) gebildeten P-S-N- bzw. P-I-N-Struktur oberhalb 20 V liegt

4. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (6) die Steuerbasiszone (9) direkt kontaktiert.

5. Verfahren zum Herstellen eines Thyristors nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbasiszone (5) durch Eindiffusion von Störsteilen erzeugt und deren Dicke gegebenenfalls durch Materialabtragung eingestellt wird, daß auf der ganzflächig ausgebildeten Steuerbasiszone (5) die Zwischenzone (9) ganzflächig epitaktisch abgeschieden, daß anschließend die Emitterzone (3) durch Diffusion oder Legierung ganzflächig gebildet wird, und daß schließlich die Kontaktierung der Steuerbasiszone und die Bildung der Emitterkurzschlüsse durch eine selektive Tiefenätzung mit nachfolgender Metallisierung erfolgen.